Browsing by Author "Schäfer, Patrick"

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Experimentelle Untersuchungen zur Kühlbarkeit volumetrisch beheizter Schüttbetten
(2005) Schäfer, Patrick; Groll, Manfred (Prof. Dr.-Ing. habil.)
Im Rahmen von sicherheitstechnischen Untersuchungen zur Kühlbarkeit von verlagertem Corium bei schweren Störfallen in Atomkraftwerken wurden Einzeleffekt-Experimente an induktiv beheizten, zylinderförmigen Teststrecken (ø125 mm x 640 mm) aus monodispersen Schüttbetten mit Edelstahlkugeln von 3 mm bzw. 6 mm Durchmesser durchgeführt. Die Experimente dienen zur Validierung und Modifizierung numerischer Modelle. Die Versuchsreihen umfassen Siedeversuche (Messung von Druckgradienten im Schüttbett), Dryoutversuche (Bestimmung des maximal abführbaren Wärmestroms aus der Schüttung) und Quenchversuche (Abschreckverhalten der stark überhitzten Schüttung). Die Ergebnisse der Siedeversuche zeigen, dass numerische Modelle basierend auf der auf zwei Phasen erweiterten Ergun-Gleichung ohne explizite Berücksichtigung der Interphasenreibung den Druckverlauf in der Schüttung nicht korrekt wiedergeben. Modelle dagegen, die die Interphasenreibung explizit berücksichtigen, zeigen eine qualitative Übereinstimmung mit dem im Experiment gemessenen Druckverlauf. Der Druckverlauf ist für das Schüttbett aus 6 mm Kugeln gut wiedergegeben; die Berechnungen für das Schüttbett aus 3 mm Kugeln zeigen größere Abweichungen zum experimentellen Befund. Die Berücksichtigung der Interphasenreibung in Modulen für Systemcodes wie z.B. WABE-2D hat erhebliche Auswirkungen auf das Strömungs- und Druckfeld des Kühlwassers. Bei axialsymmetrischen Berechnungen, die die Geometrie des Reaktordruckbehälters berücksichtigen, kann die explizite Berücksichtung der Interphasenreibung unter Umständen eine verstärkte Wasserzufuhr in die Schüttung und damit eine verbesserte Kühlung derselben implizieren. In den Dryoutversuchen wurde die Dryoutwärmestromdichte für das Schüttbett aus 6 mm Kugeln zu 1330 kW/m2 und für das Schüttbett aus 3 mm Kugeln zu 813 kW/m2 bestimmt. Die Experimente zum Abschreckverhalten einer stark überhitzten Schüttung aus 6 mm Kugeln zeigen bei Wasserzuführung von oben ein stark mehrdimensionales Verhalten. Der aus der Schüttung abgeführte Wärmestrom liegt in der Größenordnung des Dryoutwärmestroms. Bei Wasserzuführung von unten zeigt der Quenchfrontverlauf ein eindimensionales Verhalten. Die Zuführung von Wasser von unten führt bei hohen Schüttbetttemperaturen zu heftigen Eruptionen mit Kugelauswurf aus dem Schüttbett.